Общее устройство двигателей внутреннего сгорания

Двигатель состоит из цилиндра 5 и картера 6, который снизу закрыт поддоном 9 (рис. 4, а). Внутри цилиндра перемещается поршень 4 с компрессионными (уплотнительными) кольцами 2, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец 3 и шатун 14 связан с коленчатым валом 8, который вращается в коренных подшипниках, располо­женных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек 13, щек 10 и шатунной шейки 11. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала (см. рис. 4, б).

Сверху цилиндр 5 накрыт головкой 1 с клапанами 15 и 17, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня.

Перемещение поршня ограничивается двумя крайними поло­жениями, при которых его скорость равна нулю: верхней мертвой точкой (ВМТ), соответствующей наибольшему удалению поршня от вала (рис. 4, б), и нижней мертвой точкой (НМТ), соответст­вующей наименьшему удалению его от вала.

Безостановочное движение поршня через мертвые точки обес­печивается маховиком 7, имеющим форму диска с массивным ободом.

Принцип работы.Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ.

Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и их давление. Так как давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы расширятся, совершая полезную работу. Работа, производимая расширяющимися газами, посредством кривошипно-шатунного механизма передается коленчатому валу, а от него на трансмиссию и колеса автомобиля.

Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан 15 и топлива через форсунку 16 (рис. 4) или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через выпускной клапан 17.Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива.

2.3 Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рассмотрим, что происходит в одном из цилиндров работающего дизеля.

Впуск (первый такт) (рис. 5, а). Пор­шень перемещается вниз и, действуя подобно насосу, создает разрежение в цилиндре. Через открытый впускной клапан цилиндр заполняется чистым воз­духом под влиянием разности давлений. Выпускной клапан закрыт. В конце такта закрывается и впускной клапан.

В конце такта впуска давление в цилиндре в среднем. составляет 0,08... 0,095 МПа, а температура - 30...50°С.

Сжатие (второй такт) (рис. 5, б). Пор­шень, продолжая движение, переме­щается вверх. Поскольку оба клапана закрыты, поршень сжимает воздух. Тем­пература воздуха при сжатии растет. Благодаря высокой степени сжатия дав­ление в цилиндре повышается до 4 МПа, а воздух нагревается до температуры 600°С. В конце такта сжатия через фор­сунку в цилиндр впрыскивается порция дизельного топлива в мелкораспылен­ном состоянии.

Рабочий ход или расширение (третий такт) (рис. 5, в). Мелкие части топлива, соприкасаясь с нагретым сжатым возду­хом, самовоспламеняются. Впрыскива­ние топлива через форсунку и его горе­ние продолжаются некоторое время после того, как поршень пройдет ВМТ. Благодаря задержке самовоспламенения топливо в основном сгорает во время этого такта. Оба клапана при рабочем ходе закрыты. Температура газов при сгорании достигает 2000°С, давление повышается до 8 МПа. Под большим давлением расширяющихся газов пор­шень перемещается вниз и передает вос­принимаемое им усилие через шатун на коленчатый вал, заставляя его вращаться.

Выпуск (четвертый такт) (рис. 5, г). Поршень перемещается вверх, а выпуск­ной клапан открывается. Отработавшие газы сначала под действием избыточ­ного давления, а затем поршня удаля­ются из цилиндра. После перехода пор­шнем ВМТ выпускной клапан закры­вается, а впускной открывается. Рабо­чий цикл повторяется.

Дизели по сравнению с карбюратор­ными двигателями более экономичны.

Вследствии высокой степени сжатия в них расходуется топлива (на еденицу произведенной работы) меньше на 25%. Дизели работают на тяжелых сортах топлива, которое менее опасно в пожарном отношении. Однако им свойственны и некоторые недостатки: они более массивны, поскольку высокое давление газов в цилиндре требует увеличения прочности деталей; у них большие жесткость и шумность работы; их труднее пускать, особенно в зимнее время.